上海有機所在銥卟啉催化卡賓碳氫鍵插入反應(yīng)研究方面取得重要進展
碳氫鍵選擇性官能化反應(yīng)可實現(xiàn)從簡單底物快速構(gòu)筑復(fù)雜分子，在新藥篩選、天然產(chǎn)物衍生化以及功能材料分子合成中具有廣泛應(yīng)用前景。碳氫鍵官能化中的常用策略之一是利用高反應(yīng)活性的金屬卡賓中間體對碳氫鍵進行插入，可在無導(dǎo)向基團的情況下，實現(xiàn)底物分子中特定位點碳氫鍵的簡潔高效官能化反應(yīng)。然而該類型反應(yīng)目前還存在許多挑戰(zhàn)：1）反應(yīng)通常需要使用貴金屬催化劑，且反應(yīng)的轉(zhuǎn)換數(shù)(turn over number)一般低于10,000，因而規(guī)?；瘧?yīng)用成本較高；2）底物分子中存在多種類型碳氫鍵時，相對更惰性的一級碳氫鍵的選擇性插入較難實現(xiàn)；3）目前X-H鍵插入反應(yīng)（X為氮、氧、硅等）均已應(yīng)用于高分子化合物合成，但碳氫鍵插入反應(yīng)在高分子合成中的應(yīng)用尚無報道，其原因在于碳氫鍵解離能較高，易發(fā)生副反應(yīng)導(dǎo)致鏈增長過程終止。
近期，中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所滬港化學(xué)合成聯(lián)合實驗室的支志明院士和徐鎮(zhèn)江副研究員團隊在銥卟啉催化卡賓碳氫鍵插入反應(yīng)的前期工作基礎(chǔ)上(Chem. Commun.2012,48,4299;ACS Catal.2013,3,1144)，進一步發(fā)展了銥卟啉催化的高效高選擇性卡賓碳氫鍵插入反應(yīng)(Nat. Commun.2025,16,3311)。以軸向芳基取代的手性銥卟啉為催化劑，苯乙酸重氮酯為卡賓源，實現(xiàn)了卡賓對N-甲基吲哚啉和N -甲基苯胺類化合物中氮鄰位甲基碳氫鍵的高效高選擇性不對稱碳氫鍵插入反應(yīng)，反應(yīng)條件溫和，兼容多種類型取代基底物，以優(yōu)異的對映選擇性（最高99% ee）和高催化轉(zhuǎn)換數(shù)（8萬-138萬）獲得手性β-氨基酸衍生物。放大至100g量級時反應(yīng)仍可保持優(yōu)異的收率、立體選擇性及高轉(zhuǎn)化數(shù)(最高達90萬)。反應(yīng)可以順利地應(yīng)用于復(fù)雜天然產(chǎn)物后修飾，雌酮及青蒿素衍生物均能以高產(chǎn)率和立體選擇性得到相應(yīng)碳氫鍵插入產(chǎn)物?；阢炦策呋瘎┰诜磻?yīng)中表現(xiàn)出的高催化活性及選擇性，實現(xiàn)了碳氫鍵插入反應(yīng)進行逐步縮合反應(yīng)合成了聚β-氨基酸酯類化合物，分子量最高可達50kDa，拓展了碳氫鍵插入反應(yīng)在高分子材料合成中的應(yīng)用場景。
圖：銥卟啉催化的?a）不對稱碳氫鍵插入反應(yīng)和?b）逐步縮聚反應(yīng)
中國科學(xué)院上海有機所滬港化學(xué)合成聯(lián)合實驗室的研究助理李宗瑞和香港大學(xué)博士研究生詹堃為文章的共同第一作者。北京師范大學(xué)的吳亮亮研究員對反應(yīng)機理進行了量子化學(xué)計算研究。該工作得到了基金委、科技部、有機所、香港研究資助局及香港裘槎基金會的經(jīng)費支持。
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